用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器，包括頭部構件、中間連接構件以及尾部構件，頭部構件的一端具有方形凸部，頭部構件的另一端具有第一內凹套筒，中間連接構件的一端具有用于與第一內凹套筒配合的第一圓柱形部，中間連接構件的另一端具有第二內凹套筒，尾部構件具有與第二內凹套筒配合的第二圓柱形部，第一、二內凹套筒的底部的徑向內側設有第一、二環形滑槽，在第一、二圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有分別連接于第一、二彈性元件的一端的多個第一、二圓柱體，第一、二彈性元件的另一端固定連接于第一、二內凹套筒的底部的螺紋孔中，多個第一、二圓柱體能夠在第一、二彈性元件的作用下沿第一、二環形滑槽滑動。
【專利說明】用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器
【技術領域】
[0001]本發明涉及諸如采油螺桿泵抽油桿柱之類的石油機械【技術領域】，特別是涉及一種用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器。
【背景技術】
[0002]螺桿泵作為一種石油舉升設備，具有結構簡單、操作方便、占地面積小、節能等特點，同時具有效率高，能廣泛適應粘稠度高、含砂雜質等油層，具有抽油機柱塞泵、潛油電泵無法比擬的優點。由于井深很深，通常過千米，因而會在抽油桿柱內存儲大量的彈性扭轉勢能，這些能量在螺桿泵停機或卡泵時，會迅速釋放，使螺桿反轉，危及設備和人員安全。目前螺桿泵驅動裝置上安裝了多種防反轉機構，這些機構只有在現場實際工作時才能得知其制動性能是否可靠，這就給現場的應用帶來了隱患，目前還沒有針對其進行檢測的專用裝置，原因在于很難模擬井下工況。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器，該模擬器用于模擬抽油桿柱彈性變形能釋放過程，用以檢測防反轉裝置能否起到安全制動作用。該模擬器可以簡便地、準確地模擬用于不同井深的桿柱的扭轉變形。
[0004]根據本發明的一個方面，提供了一種用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器，其包括頭部構件、中間連接構件以及尾部構件。頭部構件的一端具有方形凸部，方形凸部用于與固定部件連接以傳遞扭矩，頭部構件的另一端具有第一內凹套筒，第一內凹套筒設有第一周向引導槽。中間連接構件的一端具有用于與第一內凹套筒配合的第一圓柱形部，第一圓柱形部的外周面上設有第一螺紋孔，第一緊固構件穿過第一周向引導槽固定到第一螺紋孔中，使得頭部構件相對于中間連接構件能夠沿第一周向引導槽在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動，中間連接構件的另一端具有第二內凹套筒，第二內凹套筒設有第一周向引導槽。尾部構件的一端具有方形部，方形部用于與防反轉裝置連接，尾部構件的另一端具有與第二內凹套筒配合的第二圓柱形部，第二圓柱形部的外周面上設有第二螺紋孔，第二緊固構件穿過第二周向引導槽固定到第二螺紋孔中，使得中間連接構件相對于尾部構件能夠沿第二周向引導槽在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動。第一內凹套筒的底部的徑向內側設有第一環形滑槽，在第一圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個第一圓柱體，多個第一圓柱體分別連接于第一彈性元件的一端，第一彈性元件的另一端通過第三緊固構件而固定連接于第一內凹套筒的底部的螺紋孔中，多個第一圓柱體能夠在第一彈性元件的作用下沿第一環形滑槽滑動。第二內凹套筒的底部的徑向內側設有第二環形滑槽，在第二圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個第二圓柱體，多個第二圓柱體分別連接于第二彈性元件的一端，第二彈性元件的另一端通過第四緊固構件而固定連接于第二內凹套筒的底部的螺紋孔中，多個第二圓柱體能夠在第二彈性元件的作用下沿第二環形滑槽滑動。模擬器的控制器控制第一彈性元件以及第二彈性元件的變形量，從而使中間連接構件相對于頭部構件和尾部構件轉動與變形量相應的轉角，轉角對應于抽油桿柱的扭轉變形角。
[0005]該模擬器能夠良好地模擬抽油桿柱的扭轉變形角并檢測出瞬時彈性變形恢復所引起的轉矩和轉速，轉矩大則速度快，這與現場情況相符合，因而能檢驗防反轉裝置的有效性，在最短的時間內起到制動作用，從而有效防止危險的發生。
[0006]通過本文提供的說明，其他的應用領域將變得明顯。應該理解，本部分中描述的特定示例和實施方式僅出于說明目的而不是試圖限制本發明的范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]這里所描述的附圖僅是出于說明目的而并非意圖以任何方式限制本發明的范圍，附圖并非按比例繪制，可放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細節。在附圖中:
圖1為根據本發明的第一實施方式的用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器的主視圖。
[0008]圖2為沿圖1中的線D-D截取的模擬器的剖視圖。
[0009]圖3為沿圖2中的線A-A截取的模擬器的剖視圖。
[0010]圖4為沿圖2中的線B-B截取的模擬器的剖視圖。
[0011]圖5為根據本發明的第二實施方式的用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器的剖視圖。
【具體實施方式】
[0012]下文的描述本質上僅是示例性的而并非意圖限制本發明、應用及用途。應當理解，在所有這些附圖中，相應的參考數字指示相似的或相應的零件及特征。
[0013]下面將參照圖1至圖4描述根據本發明的第一實施方式的用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器。
[0014]如圖1和圖2所示，根據本發明的第一實施方式的用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器包括頭部構件1、中間連接構件2以及尾部構件3，頭部構件I的一端(圖2的右側一端)具有方形凸部，方形凸部用于與固定部件連接(例如，通過螺栓將固定部件固定到方形凸部的螺紋孔16中)以傳遞扭矩，頭部構件I的另一端具有第一內凹套筒，第一內凹套筒設有第一周向引導槽13。中間連接構件2的一端具有用于與第一內凹套筒配合的第一圓柱形部，第一圓柱形部的外周面上設有第一螺紋孔，第一緊固構件5穿過第一周向引導槽13固定到第一螺紋孔中，使得頭部構件I相對于中間連接構件2能夠沿第一周向引導槽13在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動，中間連接構件2的另一端具有第二內凹套筒，第二內凹套筒設有第一周向引導槽23，尾部構件3的一端(圖2的左側一端)具有方形部，方形部用于與防反轉裝置連接(例如，通過螺栓將防反轉裝置固定到方形部的螺紋孔6中)，尾部構件3的另一端具有與第二內凹套筒配合的第二圓柱形部，第二圓柱形部的外周面上設有第二螺紋孔，第二緊固構件15穿過第二周向引導槽23固定到第二螺紋孔中，使得中間連接構件2相對于尾部構件3能夠沿第二周向引導槽23在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動。第一內凹套筒的底部的徑向內側設有第一環形滑槽11，在第一圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個(例如，4個)第一圓柱體12，多個第一圓柱體12分別連接于第一彈性元件9的一端，第一彈性元件9的另一端通過第三緊固構件10 (例如，螺桿或螺釘)而固定連接于第一內凹套筒的底部的螺紋孔8中，多個第一圓柱體12能夠在第一彈性元件9的作用下沿第一環形滑槽11滑動。第二內凹套筒的底部的徑向內側設有第二環形滑槽21，在第二圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個(例如，4個)第二圓柱體22，多個第二圓柱體22分別連接于第二彈性元件19的一端，第二彈性元件19的另一端通過第四緊固構件20 (例如，螺桿或螺釘)而固定連接于第二內凹套筒的底部的螺紋孔18中，多個第二圓柱體22能夠在第二彈性元件19的作用下沿第二環形滑槽21滑動。
[0015]模擬器的控制器(圖中未示出)控制第一彈性元件9以及第二彈性元件19的變形量，從而使中間連接構件2相對于頭部構件I和尾部構件3轉動與變形量相應的轉角，例如，使第一彈性元件9以及第二彈性元件19由圖2和圖3中實線指示的位置變形到由圖2和圖3中虛線指示的位置，即，使中間連接構件2相對于頭部構件I和尾部構件3轉過轉角α，該轉角α對應于抽油桿柱的扭轉變形角。
[0016]當作用在抽油桿柱上的扭矩消失時抽油桿彈性恢復變形，此時控制器釋放所有的彈性變形元件9、19，使其自由收縮，這樣就可以模擬抽油桿柱自身在短時間內彈性恢復所形成的高轉速大扭矩變形，在短時間內就可以檢測防反轉裝置能否在第一時刻發生反應，從而將抽油桿柱制動，以免危險情況發生。
[0017]參照圖5描述根據本發明的第二實施方式的用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器。
[0018]其中，根據第二實施方式的模擬器與根據第一實施方式的模擬器在頭部構件I和尾部構件3方面具有相似的結構，因而在此不再對其進行詳細地描述，下文僅對根據第二實施方式的模擬器與根據第一實施方式的模擬器的不同之處進行描述，在根據第二實施方式的模擬器中，在頭部構件I與尾部構件3之間設有多個結構相同的中間連接構件2，其中，相鄰的中間連接構件2通過使一個中間連接構件2的內凹套筒與另一個中間連接構件2的圓柱形部相配合而連接。在有多個中間連接構件2的情況下，例如，中間連接構件2的數量對應于抽油桿柱的數量或中間連接構件2的總長度對應于抽油桿柱的長度，這樣，就可以模擬長度不同的抽油桿柱在井下的扭轉變形。
[0019]盡管在此已詳細描述了本發明的各種實施方式，但是應該理解，本發明并不局限于這里詳細描述和示出的【具體實施方式】，在不偏離本發明的實質精神和范圍的情況下可由本領域的技術人員實現其它的變型和改型。所有這些變型和改型均落入本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于模擬抽油桿柱扭轉變形及彈性恢復的模擬器，所述模擬器包括: 頭部構件(1)，所述頭部構件(I)的一端具有方形凸部，所述方形凸部用于與固定部件連接以傳遞扭矩，所述頭部構件(I)的另一端具有第一內凹套筒，所述第一內凹套筒設有第一周向引導槽(13); 中間連接構件(2)，所述中間連接構件(2)的一端具有用于與所述第一內凹套筒配合的第一圓柱形部，所述第一圓柱形部的外周面上設有第一螺紋孔，第一緊固構件(5)穿過所述第一周向引導槽(13)固定到所述第一螺紋孔中，使得所述頭部構件(I)相對于所述中間連接構件(2)能夠沿所述第一周向引導槽(13)在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動，所述中間連接構件(2)的另一端具有第二內凹套筒，所述第二內凹套筒設有第二周向引導槽(23);以及 尾部構件(3)，所述尾部構件(3)的一端具有方形部，所述方形部用于與防反轉裝置連接，所述尾部構件(3)的另一端具有與所述第二內凹套筒配合的第二圓柱形部，所述第二圓柱形部的外周面上設有第二螺紋孔，第二緊固構件(15)穿過所述第二周向引導槽(23)固定到所述第二螺紋孔中，使得所述中間連接構件(2)相對于所述尾部構件(3)能夠沿所述第二周向引導槽(23)在周向方向上轉動而不能在軸向方向上移動； 其特征在于，所述第一內凹套筒的底部的徑向內側設有第一環形滑槽(11)，在所述第一圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個第一圓柱體(12)，所述多個第一圓柱體(12)分別連接于第一彈性元件(9)的一端，所述第一彈性元件(9)的另一端通過第三緊固構件(10)而固定連接于所述第一內凹套筒的所述底部的螺紋孔(8)中，所述多個第一圓柱體(12)能夠在所述第一彈性元件(9)的作用下沿所述第一環形滑槽(11)滑動，并且 其中，所述第二內凹套筒的底部的徑向內側設有第二環形滑槽(21)，在所述第二圓柱形部的端部上沿周向方向一體地設有多個第二圓柱體(22)，所述多個第二圓柱體(22)分別連接于第二彈性元件(19)的一端，所述第二彈性元件(19)的另一端通過第四緊固構件(20)而固定連接于所述第二內凹套筒的所述底部的螺紋孔(18)中，所述多個第二圓柱體(22)能夠在所述第二彈性元件(19)的作用下沿所述第二環形滑槽(21)滑動， 所述模擬器的控制器控制所述第一彈性元件(9)以及第二彈性元件(19)的變形量，從而使中間連接構件(2)相對于所述頭部構件(I)和所述尾部構件(3)轉動與所述變形量相應的轉角，所述轉角對應于所述抽油桿柱的扭轉變形角。
2.根據權利要求1所述的模擬器，其特征在于，在所述頭部構件(I)與所述尾部構件(3)之間設有多個結構相同的所述中間連接構件(2)，并且在所述中間連接構件(2)的數量對應于所述抽油桿柱的數量，或者所述中間連接構件(2)的總長度對應于所述抽油桿柱的長度。
3.根據權利要求1所述的模擬器，其特征在于，所述多個第一圓柱體(12)和所述多個第二圓柱體(22)的數量均為四個。
【文檔編號】G01M99/00GK103759963SQ201410038782
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】李大奇, 韓道權, 祖海英, 葉衛東, 杜秀華, 宋玉杰 申請人:東北石油大學
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